Сравнительная оценка цветовых характеристик зерна яровой и озимой твердой пшеницы и муки (крупки)
Аннотация. Методом анализа изображения муки в цифровом формате с использованием разработанного сканирующего анализатора определены цветовые характеристики различных проб муки высшего сорта (крупки), полученных при лабораторных помолах новых сортов озимой твердой пшеницы. Выявлены различия в цветовых характеристиках зерна твердой озимой и яровой пшеницы, а также муки высшего сорта (крупки), полученных при лабораторных помолах, проведенных по одной технологической схеме при одинаковом выходе крупки. Установлено, что не все сорта озимой твердой пшеницы могут быть рекомендованы для самостоятельной переработки в муку для макаронных изделий, обеспечивающей товарный вид макарон по цвету, т.к. только мука (крупка), полученная при лабораторных помолах сортов Лазурит и Агат донской, соответствует нормам «желтизны», разработанных для крупки, полученной в производственных условиях, перерабатывающих яровую твердую пшеницу, отвечающую требованиям ГОСТ Р 52554.
Abstract. The method of analyzing flour image in digital format using the developed scanning analyzer determines the color characteristics of various high grade flour samples (grits) obtained from laboratory grinding of new varieties of winter hard wheat. Differences in the color characteristics of the grain of solid winter and spring wheat, as well as flour of the highest grade (grits), obtained in laboratory grinding, carried out according to a single technological scheme with the same yield of grains, are revealed. It is established that not all varieties of winter hard wheat can be recommended for self-processing into flour for pasta, which ensures the marketable appearance of macaroni in color, because only flour (grits) obtained with laboratory grinds of the varieties Lazurite and Agat Don, corresponds to the norms of "yellowness", developed for grains obtained in production conditions, processing spring hard wheat that meets the requirements of GOST R 52554.
Введение.
В последние годы основной тенденцией российского рынка макаронных изделий, которую эксперты наблюдают на протяжении последних лет, является растущее потребление макарон из твердой пшеницы [7, 8]. Увеличение спроса на высококачественные макаронные изделия, в свою очередь, требует увеличение производства зерна твердой пшеницы в связи с ее дефицитом [3]. Селекционеры России в связи с востребованностью твердой пшеницы занимаются разработкой новых сортов озимой пшеницы [4, 5, 6]. Исследования, проведенные во ВНИИЗ [9, 10] по разработке системы контроля качества муки из твердой пшеницы по цветовым характеристикам проведены на яровой твердой пшенице II типа. Для оценки перспективы использования различных сортов озимой твердой пшеницы для получения муки (крупки), отвечающей нормам по показателю «желтизна», проведены сравнительные испытания зерна твердой яровой и озимой пшеницы, муки (крупки) по цветовым характеристикам с применением разработанных метода, средств и нормативов. Полученные экспериментальные данные явились доказательством возможности использования ранее разработанной системы контроля качества муки (крупки) по цветовым характеристикам и для озимой пшеницы. Также установлено, что отдельные сорта озимой твердой пшеницы Лазурит и Агат Донской могут быть использованы для самостоятельной переработки на мукомольных заводах и получения муки (крупки), соответствующей разработанным нормам по цветовым характеристикам и обеспечивающей товарный вид макарон из нее по цвету.
Методика эксперимента.
Объект исследования: цветовые характеристики − показатель «желтизна», рассчитанный по специальному алгоритму по трем базовым цветам (зеленый G, синий B, красный R), и характеристика цвета в синем участке спектра в цветовом пространстве RGB, определенные в результате анализа изображения изучаемого объекта, полученного в цифровом формате.
Определены цветовые характеристики:
- зерна твердой озимой пшеницы 7 новых сортов, внесенных в Государственный реестр селекционных достижений РФ, допущенных к использованию в производстве (Аксинит, Кристелла, Амазонка, Лазурит, Агат донской, Оникс (2007–2014 гг.), Янторина (проходит сортоиспытание)), созданных отделом селекции и семеноводства пшеницы и тритикале ФГБНУ «ДЗНИИСХ», и любезно предоставленных для исследования;
- зерна твердой яровой пшеницы различных сортов, полученных из 8 сортоучастков (6 областей и краев РФ), полученных с конкурсных испытаний со 100 % сортовой чистоты;
- зерна твердой яровой пшеницы товарных партий, полученных от основных, самых крупных на сегодняшний день в России холдингов по производству муки и макаронных изделий из твердой пшеницы;
- муки высшего сорта (крупки), полученной при лабораторных помолах зерна твердой (яровой и озимой) пшеницы по развитой технологической схеме
Изучение цветовых характеристик проведено на экспериментальном образце сканирующего анализатора муки (САМ) для контроля качества муки (крупки), полученной при переработке твердой пшеницы, в основе которого лежит анализ изображения изучаемого объекта, полученного в цифровом формате, с выдачей показателя «желтизна» и характеристики цвета в синем участке спектра в цветовом пространстве RGB.
Экспериментальный образец сканирующего анализатора муки разработан во ВНИИЗ – филиале ФГБНУ «ФНЦ пищевых систем им. В.М. Горбатова» РАН совместно с ООО «НИЦ Интеллектуальные сканирующие системы».
Мука высшего сорта (крупки), получена при лабораторных помолах зерна твердой (яровой и озимой) пшеницы, проведенных по технологической схеме помола твердой пшеницы в муку для макаронных изделий [1]. По каждому помолу проводили отбор макаронной крупки и муки 2 сорта. Параметры и режимы измельчения соответствовали «Правилам организации и ведения технологического процесса на мукомольных заводах».
Результаты и их обсуждение.
Физико-химические свойства изученных проб представлены в таблице 1.
Таблица 1
Диапазон по физико-химическим показателям качества зерна яровой
и озимой твердой пшеницы
| Зерно твердой пшеницы |
Массовая
доля
влаги, % |
Натура,
г/л
|
Стекло− видность, % |
Массовая
доля сырой клейковины, % |
Сорная примесь,
% |
Зерновая примесь,
% |
II тип
|
мин÷макс
ср |
10,1÷12,9
11,5 |
803÷826
814,5 |
71÷99
85 |
23,2÷26,5
24,8 |
0,40÷0,68
0,54 |
2,0÷4,9
3,4 |
VI тип
|
10,6÷11,2
10,9 |
804÷837
820,5 |
95÷100
98 |
23,3÷34,4
27,0 |
0 ÷ 0,04
0,0 |
0÷0,70
0,22 |
Анализ данных, представленных в таблице 1, показал, что качество изученных сортов твердой озимой пшеницы по основным показателям соответствует требованиям ГОСТ Р 52554-2006 и практически по средним значениям одинаково с показателями качества яровой твердой пшеницы, за исключением двух проб зерна. Диапазон для зерна твердой озимой пшеницы по показателю количество сырой клейковины расширен за счет пробы зерна сорта Лазурит. По стекловидности для зерна пшеницы II типа только одна проба из всех изученных имела значение 71% (отбраковка этой пробы из всего массива данных не проведена, т.к. среднее значение совпадает с серединой интервала варьирования (min + max) /2 стекловидности).
Цветовые характеристики (показатель «желтизны» и характеристика цвета в синем участке спектра в цветовом пространстве RGB) 7 сортов озимой твердой пшеницы (в нативном состоянии и измельченном) и муки высшего сорта (крупки), полученных при лабораторных помолах этих сортов пшеницы, сопоставлены с цветовыми характеристиками зерна твердой пшеницы II типа яровой. Результаты сравнительной оценки зерна и крупки пшеницы II и VI типов представлены в таблице 2.
Таблица 2
Цветовые характеристики зерна яровой и озимой твердой пшеницы в нативном и измельченном состояниях
Наименование продукта
|
Цветовые характеристики, отн. ед. |
В синем участке
спектра (В) |
Желтизна (Ж) |
мин÷макс
ср (мин+ макс)/2
|
| Зерно твердой пшеницы II типа в нативном состоянии |
562 ÷ 603
589 (588,5) |
42,20 ÷ 51,50
46,15 (46,85) |
| Зерно твердой пшеницы VI типа в нативном состоянии |
518 ÷ 585
556 (551,5) |
37,55 ÷ 40,65
39,9 (39,6) |
Цельносмолотое зерно
твердой пшеницы II типа |
1470 ÷ 1518
1500 (1494) |
30,46 ÷ 43,26
34,13 (36,86) |
Цельносмолотое зерно
твердой пшеницы VI типа |
1430 ÷ 1491
1463 (1461) |
31,98 ÷ 36,88
34,41 (34,43) |
Для определения, насколько значимы различия в цвете для каждого вида исследуемых проб зерна (таблица 2), были изучены метрологические характеристики (повторяемость) при измерении цвета на сканирующем анализаторе муки. В результате статистической обработки данных, полученных при определении цветовых характеристик зерна твердой пшеницы для макаронных изделий и продуктов его переработки, были установлены значения повторяемости при измерении методом анализа изображения исследуемой пробы в цифровом формате. Результаты определения представлены в таблице 3.
Таблица 3
Повторяемость при измерении цветовых характеристик проб зерна твердой пшеницы и муки высшего сорта (крупки)
| Наименование исследуемой пробы |
Величина повторяемости при измерении
цветовых характеристик, отн. ед. |
| В синем участке спектра (В) |
Желтизна (Ж) |
мин÷макс
ср (мин+ макс)/2 |
Зерно твердой пшеницы VI
(в нативном состоянии) |
|
1 ÷ 20 |
|
|
0,20÷1,57 |
|
| 9,8 (10,5) |
0,91 (0,89) |
Зерно твердой пшеницы VI
(цельносмолотое) |
|
0÷ 10 |
|
|
0,16 ÷1,04 |
|
| 4,7 (5,0) |
0,57 (0,60) |
Мука высшего сорта (крупка) из твердой
пшеницы VI типа |
|
0,0÷5,0 |
|
|
0,05÷1,92 |
|
| |
2,4 (2,5) |
0,90 (0,98) |
С учетом повторяемости проведен анализ данных, представленных в таблице 2, на основе которого установлено:
- по характеристике цвета в синем участке спектра изученные сорта озимой твердой пшеницы при измерении зерна без разрушения его структуры (в нативном состоянии) значительно расширили диапазон, установленный для зерна твердой пшеницы (яровой) II типа в сторону уменьшения. Однако, верхний диапазон, установленный для пшеницы твердой яровой, не достигнут. Среднее значение характеристики цвета в синем участке спектра для пшеницы озимой на 33,0 отн. ед. меньше среднего значения, полученного для яровой твердой пшеницы, что значимо, т.к. в три раза превышает величину повторяемости результатов измерения;
- по показателю «желтизна» изученные пробы зерна озимой твердой пшеницы не достигли диапазона, установленного для твердой яровой пшеницы, причем на величину, незначительно превышающую повторяемость результатов измерений. При этом, среднее значение показателя желтизны для пшеницы озимой на 7,0 отн. ед. меньше среднего значения, полученного для яровой твердой пшеницы, что значимо, т.к. превышает установленную величину повторяемости результатов измерения в 8 раз.
Таким образом, установлено, что цвет зерна озимой твердой пшеницы, определенный методом анализа изображения зерна в цифровом формате без его измельчения, менее желтый, т.е. не обладает такой желтой окраской как яровая твердая пшеница.
Аналогичные результаты получены при определении характеристик цвета в синем участке спектра цветовых характеристик, полученных на основе изображения цельносмолотого зерна пшеницы твердой яровой и озимой в цифровом формате на сканирующем анализаторе. По показателю «желтизна» пробы сортов зерна озимой твердой пшеницы легли в диапазон, установленный для твердой яровой. Среднее значение показателя «желтизна» для яровой и озимой твердой пшеницы одинаково.
Анализ данных, представленных в таблице 2, по совпадению средней арифметической величины, рассчитанной по результатам измерения цвета по всем изученным пробам с серединой интервала варьирования (min + max) /2 свидетельствует об информативности массива данных и отсутствии резко выскакивающих величин (отбраковке данных массивы не подлежат).
Результаты определения показателя «желтизны» и характеристики цвета в синем участке спектра муки высшего сорта (крупки), полученной при лабораторных помолах пшеницы II и VI типов (яровой и озимой), проведенных по одной технологической схеме, при формировании сорта с одинаковым выходом, приведены в таблице 4. Так как крупка из твердой яровой пшеницы была получена при лабораторных помолах, проведенных в 2016 году, сравнение показателей осуществлено по цветовым характеристикам, измеренным на крупке из озимой твердой пшеницы, прошедшей созревание.
Анализ данных, приведенных в таблице 4, показал, что по показателю «желтизна» мука высшего сорта (крупка), полученная при размоле озимой пшеницы, менее желтая. При этом необходимо отметить, что крупка с наименьшим показателем по желтизне - 78,6 отн. ед. определена только для одного образца – для муки из зерна сорта Аксинит с выходом крупки 60,8%. При выбраковке или исключении этого образца из всего массива данных среднее значение по результатам измерения всех оставшихся проб составит 94,85 отн. ед., т.е. всё равно несколько ниже среднего значения, определенного для крупки из твердой (яровой) пшеницы II типа. Таким образом, установлено, что мука высшего сорта (крупка) из озимой пшеницы по цветовым характеристикам, определенным на основе анализа изображения муки (крупки) в цифровом формате, не обладает такой желтой окраской, как крупка из яровой твердой пшеницы.
Таблица 4
Цветовые характеристики муки лабораторных помолов (крупки), из зерна твердой пшеницы (яровой, озимой)
| Наименование продукта |
Цветовые характеристики, отн. ед. |
В синем участке
спектра (В) |
В синем участке
спектра (В) |
мин÷макс
ср (мин+ макс)/2 |
| Мука высшего сорта (крупка) из твердой пшеницы II типа |
1204 ÷ 1345
1267 (1274,5) |
90,69 ÷ 107,90
98,14 (99,30) |
| Мука высшего сорта (крупка) из твердой пшеницы VI типа |
1230 ÷ 1296
1259 (1263) |
78,61 ÷ 103,10
91,66 (90,86) |
В работах ВНИИЗ [9] установлена взаимосвязь между показаниями колориметра CR-410 Konica Minolta (Япония) и разрабатываемого сканирующего анализатора (величина достоверности аппроксимации R
2 составляет 0,989) (формула 1):
у= 3,378х – 55,78, (1)
где
у – показания сканирующего анализатора муки, отн. ед.
х – показания колориметра CR-410 Konica Minolta, отн. ед.
Исходя из этой взаимосвязи, для крупки из озимой пшеницы определен диапазон по показателю «желтизна», который составил от 40,0 до 47,5 отн. ед. по колориметру CR-410. Однако, только мука высшего сорта (крупка) из твердой озимой пшеницы сортов Лазурит и Агат Донской имеет желтизну по колориметру CR-410 46,5 - 47,5 отн. ед., т.е. с учетом абсолютной погрешности измерения на колориметре соответствует нормам цвета (не менее 47,0) отн. ед., установленных для муки высшего сорта (крупки), вырабатываемой из зерна твердой пшеницы (дурум) в соответствии с ГОСТ Р 52554 и предназначенной для производства макаронных изделий. Нормы цвета были разработаны в 2015г. [10] на основе изучения цветовых характеристик проб муки высшего сорта (крупки) из твердой пшеницы для макаронных изделий, выработанной в производственных условиях при переработке пшеницы твердой пшеницы. При разработке норм цвета для муки высшего сорта (крупки) установлены следующие метрологические характеристики: предел повторяемости ±0,2 отн. ед., предел воспроизводимости ±0,5
отн. ед., абсолютная погрешность ±1,0 отн. ед.
И несмотря на то, что нашими исследованиями на основе анализа показателей качества макаронной крупки, муки второго сорта установлено, что представленные сорта озимой твердой пшеницы обладают отличными мукомольными свойствами и могут быть рекомендованы как для самостоятельной переработки в муку для макаронных изделий, так и для подсортировки при составлении помольных партий на мукомольных заводах при переработке твердой пшеницы [2], не все пробы изученных сортов твердой озимой пшеницы при самостоятельной переработке обеспечат цвет муки высшего сорта (крупки), а соответственно и цвет макаронных изделий.
При сравнении цветовых характеристик муки (крупки), полученной при лабораторных помолах озимой твердой пшеницы, с показателем «желтизна» крупки, полученной в производственных условиях (соответствующей по качеству
ГОСТ 31463−2012), установлено, что по среднему значению показателя желтизны мука (крупка) практически одинакова – на уровне 92,66 отн. ед.
Выводы.
Методом анализа изображения муки в цифровом формате с использованием разработанного сканирующего анализатора установлены цветовые характеристики различных проб муки высшего сорта (крупки), полученных при лабораторных помолах новых сортов озимой твердой пшеницы, внесенных в Государственный реестр селекционных достижений РФ и допущенных к использованию в производстве;
Выявлены различия в цветовых характеристиках зерна твердой озимой и яровой пшеницы, а также муки высшего сорта (крупки), полученных при лабораторных помолах, проведенных по одной технологической схеме при одинаковом выходе крупки;
Доказано, что с учетом повторяемости результатов измерения показателя «желтизна» методом анализа изображения муки в цифровом формате, мука высшего сорта (крупка), полученная при размоле озимой твердой пшеницы сортов Лазурит и Агат донской, соответствует нормам «желтизны», установленным для крупки, полученной в производственных условиях, перерабатывающих яровую твердую пшеницу, отвечающую требованиям ГОСТ Р 52554. Мука (крупка), полученная при лабораторных помолах озимой твердой пшеницы сортов Аксинит, Амазонка, Кристелла, по показателю «желтизна» менее желтая (менее 46,5 отн. ед. CR-410).
Несмотря на то, что изученные по цветовым характеристикам сорта озимой твердой пшеницы обладают отличными мукомольными свойствами, не все могут быть рекомендованы для самостоятельной переработки в муку для макаронных изделий, обеспечивающей товарный вид макарон по цвету.
И в заключение, разработанная ранее система контроля качества муки по цветовым характеристикам для муки (крупки) из яровой твердой пшеницы, опробована на пшенице озимой твердой и на крупке, и полученные результаты свидетельствуют о возможности ее использования и для озимой пшеницы.
Литература
1. Кандроков, Р. Влияние белозерной пшеницы в твердой пшенице на выход и качество муки и макаронных изделий / Р. Кандроков, В. Дулаев, Д. Шнейдер, Н. Казеннова // Хлебопродукты. – 2011. – №5. – С.52-53.
2. Кандроков, Р.Х. Мукомольные свойства зерна озимой твердой пшеницы
/ Р.Х. Кандроков, Т.С. Штейнберг, О.Г. Шведова, Е.Р. Балова // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. – 2018. – №1 (159). – С.177-180.
3. Мелешкина, Е.П. Твердая пшеница в России / Е. Мелешкина, Т. Леонова // Хлебопродукты. – 2008. – №4. – С.58-59.
4. Мелешкина, Е.П. Твердая пшеница в России / Е. Мелешкина, Т. Леонова // Хлебопродукты. – 2008. – №5. – С.54-55.
5. Мудрова, А.А. Селекция озимой твердой пшеницы на Кубани: монография / А.А. Мудрова. – Краснодар, 2004. – 190 с.
6. Самофалова, Н.Е. Роль селекции в повышении урожайности и улучшении хозяйственно-биологических признаков и свойств у пшеницы твердой озимой / Н.Е. Самофалова, Н.П. Иличкина, О.А. Дубинина, Е.В. Ионова // Зерновое хозяйство России. – 2011. – №6. – С. 19-25.
7. Самофалова, Н.Е. Твердая озимая пшеница: Достижения, проблемы, перспективы / Н.Е. Самофалова, Н.П. Иличкина, Л.Н. Ковтун, О.А. Дубинина // Зерновое хозяйство России. – 2009. – №1. – С. 7 – 14
8. Ткачев, А.В. Производство макарон: проблемы и задачи / А.В. Ткачев // Хлебопродукты. – 2012. – №10. – С.16-17.
9. Тюрина, Е.Б. Рынок макаронных изделий: стагнация внутреннего потребления и рост экспортного потенциала / Е.Б. Тюрина // Хлебопродукты. – 2017. – №12. – С.10 -12.
10. Штейнберг, Т.С. Оперативный контроль качества муки из твердой пшеницы по показателю «цвет» взамен показателя «зольность» / Т.С. Штейнберг, Л.И. Семикина, О.В. Морозова // Хлебопродукты. – 2014. – № 12. – С.54–57.
11. Штейнберг, Т.С. Нормы цвета муки, вырабатываемой из зерна твердой пшеницы / Т.С. Штейнберг, Р.Х. Кандроков, Л.И. Семикина // Хлебопродукты. – 2016. – № 9. – С. 55-56.
Штейнберг Т.С., канд. техн. наук; Мелешкина Е.П., д-р техн. наук;
Шведова О.Г.
ВНИИЗ – филиал ФГБНУ «ФНЦ пищевых систем им. В.М. Горбатова» РАН